CN204142832U - 一种电流信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流信号采集装置，它包括电源输入单元、采样单元、信号调理单元、整形单元及滤波单元，通过所述采样单元采集外部互感器次边的电流信号，并将电流信号按照线性比例转换成电压信号；所述信号调理单元将采样单元的输出信号进行放大后送至整形单元；所述整形单元将信号进行交流到直流的转换后送至滤波单元；所述滤波单元采用二阶低通滤波电路进行滤波后输出至DSP的AD采样模块。本实用新型具有结构简单合理、采集范围广、抗干扰能力强、精度高等优点。

Description

一种电流信号采集装置

技术领域

本实用新型主要涉及到电流采样电路领域，特指一种电流信号采集装置。

背景技术

在现有的工业装置中，常规的电流采集方法是通过互感器进行电流信号的采集，但是常用的互感器采集输入信号浮动范围小、线性度不高，封装偏大，不利于插件的小型化，而且互感器的本质为变压器，其变比受匝数影响；且互感器个体差异较大，每一批、甚至每个器件的相移都不同。因此更高精度的电流采集方法、更宽输入范围、具有过流保护、速断保护功能的电流采集方法成为提高系统精度和可靠性的一项重要方法。

对于整流器装置、功补装置等工业装置都需要检测电流互感器的输出电流，将检测到的交流侧电流作为反馈信号从而进行闭环控制，如何保证电流信号的精度，支持不同大小的电流信号的采集，对采集到的信号进行滤波、转换对提升整个控制系统的可靠性是极其重要的。

目前针对电流信号的采集方法有很多，例如：

如公告号为CN200979570Y的中国实用新型专利《一种新型三相电流检测电路》，该实用新型通过电流电压转换电阻将输入的电流信号转变为电压信号，再将电压分压后作为信号送入放大器中，输出经过波形处理、叠加后，经反相器输出平均，送到单片机中。该方案通过转换电阻实现电流信号到电压信号的转换具有一定的局限性，由于电阻功率与体积是约成正比增长的，因此受印制板面积的制约，该种方法不能采集较大的电流信号，通用性不强。且该方案中没有涉及隔离电压问题，对于很多系统而言，没有隔离保护，系统无法安全运行，故其运行工况有一定的局限性。

又如公告号为CN202975136U的中国实用新型专利《电流信号采集装置》，该实用新型采用电流电压转换器将接到的SVG电流转换为模拟电压信号并发送给信号采集器，信号采集器将采集的模拟电压信号转换为数字电压信号并发送给处理器，处理器对数字电压信号进行编码处理为编码信号兵发送给光信号转换器后转换成光数据信号发送给外部的控制器。该方案只针对SVG装置，同样具有一定的局限性，用转换电阻实现电流信号到电压信号的转换，由于电阻功率与体积是约成正比增长的，因此受印制板面积的制约，该种方法不能采集较大的电流信号，通用性不强；且该种方法电路较复杂，不利于集约化。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单合理、采集范围广、抗干扰能力强、精度高的电流信号采集装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种电流信号采集装置，它包括电源输入单元、采样单元、信号调理单元、整形单元及滤波单元，通过所述采样单元采集外部互感器次边的电流信号，并将电流信号按照线性比例转换成电压信号；所述信号调理单元将采样单元的输出信号进行放大后送至整形单元；所述整形单元将信号进行交流到直流的转换后送至滤波单元；所述滤波单元采用二阶低通滤波电路进行滤波后输出至DSP的AD采样模块。

作为本实用新型的进一步改进：所述采样单元为集成化电流传感器，输入电流范围为-25A-+25A，隔离电压2500V，并按照50mV/A输出相应的电压信号。

作为本实用新型的进一步改进：所述信号调理单元包括第一运算放大器U1。

作为本实用新型的进一步改进：所述整形单元包括呈并联状的第二运算放大器U3A和第三运算放大器U3B，所述第二运算放大器U3A的输出端串接有第二二极管V2，并在第二运算放大器U3A的“-”端与第二二极管V2之间并联有第一二极管V1，所述第二运算放大器U3A的“+”端与第一运算放大器U2的输出端相连；所述第一运算放大器U2的输出经过第二运算放大器U3A后，所述第二二极管V2的阳极输出的波形的正半波被截止，此处该电路为正向比例电路；所述第三运算放大器U3B的输出端串接有第四二极管V4，并在第三运算放大器U3B的“-”端与第四二极管V4之间并联有第三二极管V3，所述第三运算放大器U3B的“-”端与第一运算放大器U2的输出端相连；所述第一运算放大器U2的输出同样经过第三运算放大器U3B，此处为反向比例电路；所述第四二极管V4的阳极输出的波形的正半波也被截止，相位和第二二极管V2的阳极输出相差180度，所述第四二极管V4的阳极与第二二极管V2的阳极信号进行叠加后输出的全部是正半波。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的电流信号采集装置，结构简单合理、采集范围广，具有足够的抗干扰能力，精度高、隔离电压达到2500V，具有过流保护、速断保护、自校准功能等优点。

2、本实用新型的电流信号采集装置，支持宽范围电流信号的采集，可实现电流信号到电压信号的线性转换，并适应不同系统的电流信号采集需求。

3、本实用新型的电流信号采集装置，通过简单的运算放大电路实现对电流信号的高速采集，转换速度可以达到1us。可采集宽范围电流信号（-25A~+25A），可满足不同产品的电流采集需要。

附图说明

图1是本实用新型的框架原理示意图。

图2是本实用新型在具体应用实例中的电路原理示意图。

图3是本实用新型在具体应用时经整形单元后的波形示意图。

图4是本实用新型在具体应用时经滤波单元后的波形示意图。

图例说明：

1、电源输入单元；2、采样单元；3、信号调理单元；4、整形单元；5、滤波单元；6、待测电流；7、AD采样模块。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的电流信号采集装置，属于通过硬件采集整电流信号的方案，其主要用来采集、处理电流信号；它包括电源输入单元1、采样单元2、信号调理单元3、整形单元4及滤波单元5，电源输入单元1为上述各组成单元供电。针对待测电流6通过采样单元2采集外部互感器次边的电流信号，并将电流信号按照线性比例转换成电压信号；信号调理单元3将采样单元2的输出信号进行放大后送至整形单元4；整形单元4将信号进行交流到直流的转换后送至滤波单元5；滤波单元5采用二阶低通滤波电路进行滤波后输出至DSP的AD采样模块7。本实用新型的电流信号采集装置所使用的器件简单，所需要的外围元件性能要求不高，对环境的适应能力强，采集电流范围广，采集精度高，而且还具有线性特性和一定的温度特性，适用于各种系统的交流电流信号的采集。

如图2所示，在具体应用实例中，图中U1是集成化电流传感器，作为采样单元；该芯片输入电流范围广，输入电流范围为-25A-+25A，转换速度快（1us），隔离电压2500V，并带有过流保护、速断保护、自校准功能，输入的电流信号经芯片U1转换后按照50mV/A输出相应的电压信号。

输出的信号经过作为信号调理单元3的第一运算放大器U2的“-”端进入，第一运算放大器U2的输出由R1、R2决定，进行初步信号的调理。

整形单元4包括呈并联状的第二运算放大器U3A和第三运算放大器U3B，第二运算放大器U3A的输出端串接有第二二极管V2，并在第二运算放大器U3A的“-”端与第二二极管V2之间并联有第一二极管V1，第二运算放大器U3A的“+”端与第一运算放大器U2的输出端相连。由于第一二极管V1、第二二极管V2的作用，第一运算放大器U2的输出经过第二运算放大器U3A后，第二二极管V2的阳极输出的波形的正半波被截止，此处该电路为正向比例电路，放大比例为1。第三运算放大器U3B的输出端串接有第四二极管V4，并在第三运算放大器U3B的“-”端与第四二极管V4之间并联有第三二极管V3，第三运算放大器U3B的“-”端与第一运算放大器U2的输出端相连。第一运算放大器U2的输出同样经过第三运算放大器U3B，此处为反向比例电路，放大比例也为1；由于第三二极管V3、第四二极管V4的作用，第四二极管V4的阳极输出的波形的正半波也被截止，但相位和第二二极管V2的阳极输出相差180度，第四二极管V4的阳极与第二二极管V2的阳极信号进行叠加后输出的全部是正半波，波形如图3所示。

滤波单元5中由于第一电容C2的储能作用把第四二极管V4的阳极与第二二极管V2的阳极叠加后的信号变的趋于平整，再经过第四运算放大器U3C、第二电容C3进行进一步滤波，并由电阻R10、R11、R12、R13决定第四运算放大器U3C第8脚的输出大小；输出波形如图4所示。

由上可知，本实用新型中的采样单元2（电流传感器U1）采用集成化的芯片封装，具有较强的抗干扰能力，对环境的适应能力强，采集精度高，而且还具有线性特性和一定的温度特性，隔离电压达到2500V，因此，其性能是用其他技术难以实现的。此外，本实用新型的电路避免使用常用的用电阻进行电流到电压转换的转换方法，减少了板级的发热量，因此该采集电路体积可以更小。本电路支持-25A~+25A的电流采集范围，可以支持更宽范围的电流采集。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种电流信号采集装置，其特征在于，它包括电源输入单元（1）、采样单元（2）、信号调理单元（3）、整形单元（4）及滤波单元（5），通过所述采样单元（2）采集外部互感器次边的电流信号，并将电流信号按照线性比例转换成电压信号；所述信号调理单元（3）将采样单元（2）的输出信号进行放大后送至整形单元（4）；所述整形单元（4）将信号进行交流到直流的转换后送至滤波单元（5）；所述滤波单元（5）采用二阶低通滤波电路进行滤波后输出至DSP的AD采样模块（7）。

2.根据权利要求1所述的电流信号采集装置，其特征在于，所述采样单元（2）为集成化电流传感器，输入电流范围为-25A-+25A，隔离电压2500V，并按照50mV/A输出相应的电压信号。

3.根据权利要求2所述的电流信号采集装置，其特征在于，所述信号调理单元（3）包括第一运算放大器（U1）。

4.根据权利要求3所述的电流信号采集装置，其特征在于，所述整形单元（4）包括呈并联状的第二运算放大器（U3A）和第三运算放大器（U3B），所述第二运算放大器（U3A）的输出端串接有第二二极管（V2），并在第二运算放大器（U3A）的“-”端与第二二极管（V2）之间并联有第一二极管（V1），所述第二运算放大器（U3A）的“+”端与第一运算放大器U2的输出端相连；所述第一运算放大器（U2）的输出经过第二运算放大器（U3A）后，所述第二二极管（V2）的阳极输出的波形的正半波被截止，此处该电路为正向比例电路；所述第三运算放大器（U3B）的输出端串接有第四二极管（V4），并在第三运算放大器（U3B）的“-”端与第四二极管（V4）之间并联有第三二极管（V3），所述第三运算放大器（U3B）的“-”端与第一运算放大器（U2）的输出端相连；所述第一运算放大器（U2）的输出同样经过第三运算放大器（U3B），此处为反向比例电路；所述第四二极管V4的阳极输出的波形的正半波也被截止，相位和第二二极管（V2）的阳极输出相差180度，所述第四二极管（V4）的阳极与第二二极管（V2）的阳极信号进行叠加后输出的全部是正半波。